Domov
Novinky
Projekt
Archív ?lánkov
Optimalizácia
Návody
Galéria
Stiahnite si
Odkazy
Diskusné fórum
Fórum - archív
Vyh?adávanie
TO-DO
Kontakt

BOINC.SK


Od 1.1.2002


Astronomický
snímok
dňa

APOD






Page Rank
 
 
IT & SETI

Úloha po?íta?ových technológií pri h?adaní mimozemskej inteligencie
(SETI - Search for Extraterrestrial Intelligence)

Autor: Kamil Z. Skawinski

Od momentu, ke? inžinier Bellových telefonických laboratórií Karl G. Jansky zistil rádiový šum, prichádzajúci z oblasti okolo stredu galaxie Mlie?nej dráhy, bádatelia obracali citlivé antény smerom k oblohe. Po?as ?alších desa?ro?í nasledujúce generácie sofistikovaných rádioteleskopov a prijíma?ov nielen že pomáhali astronómom a fyzikom objavi? mnoho nových zdrojov prírodného rádiového vyžarovania (napr. galaxie, neutrónové hviezdy, pulzary a pod.), ale pomáhali odkrýva? niektoré z najprekvapujúcejších záhad kozmológie.

Niektorí vedci, ako napr. astronóm Frank Drake a fyzici Philip Morrison a Giuseppe Cocconi, predvídali ove?a vä?ší prís?ub v moderných rádioteleskopoch. Aj ke? plne uznávali ich potenciál výskumných astronomických zariadení, títo vizionári cítili, že takéto vysokovýkonné nástroje môžu by? využité pre pátranie po umelých emisiách komunika?ných technológií ktoré môžu by? vyžarované inou civilizáciou v Mlie?nej dráhe.

8. apríla 1960, za použitia 85-stopového rádioteleskopu v National Radio Astronomy Observatory v Green Bank v Západnej Virgínii Drake zrealizoval prvý pokus o zachytenie takýchto mimozemských signálov. Jeho dvojtýžd?ové pozorovanie hviezd Tau Ceti a Epsilon Eridani nazval “Project Ozma”. Nestretol sa s úspechom, ale projekt Ozma bol prvým krokom v pátraní po inteligentnej, technologicky vyspelej mimozemskej civilizácii.

42 rokov po Drakovej pionierskej práci, pokra?uje h?adanie mimozemskej inteligencie a bádatelia na celom svete sa ve?mi snažia zodpoveda? stáro?nú otázku : “Sme vo vesmíre sami?”. Na rozdiel od 1960, h?adanie ETI je dnes uznávanou, vážnou oblas?ou vedeckého výskumu. ?o je dôležitejšie, výskum SETI sa teraz odohráva v dobe, ke? sú tak naša technológia ako aj naše chápanie vesmíru dostato?ne sofistikované na to, aby zodpovedali tejto výzve. A na rozdiel od minulosti nie je SETI tajomstvom pre vysokú akademickú obec, najmä v?aka sie?ovému prepojeniu, užívatelia PC po celom svete môžu svojím malým dielom prispie? k pátraniu po známkach mimozemského vysielania v medzihviezdnych rádiových signáloch.

Distribuovaný computing a výskum SETI

SETI@Home je jedine?ný výskumný program, ktorý využíva po?íta?e pripojené na Internet pre h?adanie mimozemskej inteligencie. Odštartovaný bol 13. mája 1999. Tento najznámejší pokus o nájdenie ETI pozostáva zo špeciálneho šetri?a obrazovky, ktorý si užívatelia môžu stiahnu? z www-stránky projektu setiathome.ssl.berkeley.edu. Tento špeciálny software pomáha výskumníkom na Kalifornskej Univerzite v Berkeley efektívne spracova? obrovské množstvo údajov o rádiových signáloch získaných z najvä?šieho rádioteleskopu na svete – observatória Arecibo v Portoriku. Konfrontovaní s 50 terrabytmi údajov, ktoré bolo treba analyzova?, tím pracovníkov SETI sa obrátil na verejnos? s prosbou o pomoc, ?o definitívne viedlo k odštartovaniu SETI@Home.

”David Gedye prišiel s nápadom o SETI@Home niekedy v roku 1995 a vykonal vä?šinu základnej práce pri zvládnutí rôznych rovín projektu,” vysvet?uje David P Anderson, Ph. D., riadite? projektu v laboratóriu kozmických výskumov na Kalifornskej univerzite v Berkeley. “Dave mi o tom hovoril – ja som mal za sebou dos? práce v distribuovanom computingu, preto ma to zaujalo, a on ma dal dokopy s existujúcim projektom Radio SETI, náhodou prebiehajúcim tu v Berkeley, ktorý mal prístup k údajom potrebným pre SETI@Home. V Radio SETI sa snažili pomocou digitálnej analýzy rádiových signálov z vesmíru nájs? signály, ktoré by neboli prírodného pôvodu. Ukázala sa, že je to hlavne problém po?íta?ovej kapacity a ?ím viac jej máte, tým lepšiu prácu môžete urobi? pri h?adaní takýchto slabulinkých signálov.”

Distribuovaný computing používaný SETI@Home jednoducho povedané dovo?uje výskumníkom z Berkeley využíva? obrovské množstvo vo?nej po?íta?ovej kapacity na preskúmanie ve?kého množstva údajov získaných rádioteleskopom v Arecibe. Každý ú?astník SETI@Home obdrží “pracovnú jednotku – working unit (WU)” z centra projektu (cca. 350 kb dát), ktoré sa spracujú ke? je po?íta? ne?inný. Ke? šetri? obrazovky dokon?í analýzu, klient odošle výsledky spä? do laboratória a stiahne si ?alšiu WU, tak aby sa proces mohol opakova?.

”V princípe klient prepo?ítava spektrum signálu tým, že ho rozloží na frekvencie približne tak ako grafický ekvalizér pri stereosystéme – s tým rozdielom, že my rozkladáme signál na desa?tisíce až milióny frekven?ných pásiem” hovorí Anderson. “Tento proces používa algoritmus nazývaný Rýchla Fourierova transformácia. ?o h?adáme je úzko-frekven?ný signál, kde signál je na jedinej frekvencii, alebo na malom rozsahu frekvencií. Pozrieme sa na toto spektrum a h?adáme hroty … s?asti h?adáme hroty, trvajúce ur?itú dobu. Najjednoduchšie by pre nás bol konštantný signál, prichádzajúci ako keby z trvalo pracujúceho vysiela?a. Pri použití rádioteleskopu by sme potom po?as 15 sekúnd [pozorovate?ské okno pri použití pevnej antény na pohybujúcom sa povrchu otá?ajúcej sa Zeme] videli postupné zosil?ovanie, vrchol a opä? slabnutie signálu. A to je tá základná vec, po ktorej pátrame, tieto vlnovkovité krivky mimozemského vysielania, zvané Gaussians. Náš šetri? obrazovky berie do úvahy Dopplerov posun a používa špeciálny algoritmus pre vyh?adanie pohyblivých signálov. To je dôvod, pre?o potrebujeme tak ve?a po?íta?ového ?asu, pretože klient h?adá signály pri tisícich hodnotách posunu.”

Výhody a nevýhody

V roku 1999 bolo ve?a ?udí skeptických k metodológii distribuovaného computingu SETI@Home. Dnes sa projekt osved?il ako jednozna?ne úspešný. K máju 2002 sa viac ako 3.725.900 registrovaných užívate?ov zú?ast?uje na SETI@Home a spolu zanalyzovali približne 510.744.000 pracovných jednotiek (WU). To sa dá interpretova? ako približne 983.487 rokov procesorového ?asu (procesorový rok sa rovná jednému po?íta?u pracujúcemu nepretržite jeden rok).

”Po?íta?ová kapacita, ktorú máme momentálne k dispozícii sa vyrovná superpo?íta?om za cca. 300 miliónov dolárov,” hovorí Anderson “a nikto vo svete SETI nemá také množstvo pe?azí na po?íta?e.” Spo?ahnutie sa na distribuovaný computing pri výskume SETI znamenalo aj novú výzvu pre výskumníkov v SETI@Home.

”Niektorí ?udia urobili dobre mienené veci, ako napríklad prepis kódu klienta a výmenu ?astí softwaru, aby na ich druhu po?íta?a pracoval rýchlejšie. A niekedy to neurobili dobre – výsledky, ktoré sme od nich dostali sú chybné. Niektorí našli cesty, ako posla? zásadne chybné výsledky, akoby sa jednalo o mimoriadne silný signál. Iní zas našli spôsob aby to vyzeralo, že ich po?íta?e urobili ve?a práce, aj ke? neurobili ni?… len preto aby sa dostali vyššie v tabu?kách odoslaných výsledkov. Ale pri takom množstve užívate?ov vcelku nebolo týchto problémov ve?a.”

Aby sa zabezpe?ila spo?ahlivos? výsledkov, SETI@Home predpokladá, že sa ten istý rádiový signál analyzuje viacerými klientmi. Táto schéme má dnes svoje tienisté stránky.

”Najvä?šia výzva, pred ktorú sme ako projekt postavení – a my sme naozaj malý projekt, máme šes? ?udí na ?iasto?ný úväzok a snažíme sa robi? nie?o naozaj ve?ké s relatívne malým množstvom ?lovekohodín – je kontinuálne sa zvä?šujúca sa základ?a užívate?ov … a kontinuálne zvyšovanie rýchlosti priemerných po?íta?ov,” hovorí Anderson. “ Ke? sme projekt rozbiehali, najvýkonnejším PC bolo 200 MHz Pentium. Po?íta?ová sila rastie exponenciálne, ale náš zdroj údajov v Arecibe je viazaný na pásky tak ako pred dvoma rokmi. Takže sa sústavne potýkame so zvä?šujúcou sa kapacitou po?íta?ov a najjednoduchším riešením by bolo posla? každú ?as? údajov viacerým užívate?om.

”Ale dostaneme sa do bodu, kde tie isté údaje budeme posiela? príliš mnohým užívate?om. Je užito?né spracova? ich povedzme tri krát, a potom porovna? výsledky a vybra? dva najlepšie. Ale nepomôže nám, ke? sa budú analyzova? šes?, alebo sedem krát. Tiež sme museli updatova? náš klientský program tak, aby vykonával ove?a viac práce, hlbšia analýza signálu vyžaduje dva až trikrát viac procesorového ?asu, ako pri predošlých verziách.

Navzdory menším zdržaniam a ?ažkostiam rastu sa SETI@Home stal vzorom pre iné súkromné a komer?né výskumné projekty, ktoré chceli využi? silu distribuovaného computingu. Tento model sa využil pri výskume antraxu alebo DNA. Anderson, ktorý je po?íta?ovým expertom a nie astronómom je tiež zaangažovaný v projekte pre výskum globálnych klimatických zmien.

Záujem o iný výskum neznamená, že SETI@Home skon?í v budúcnosti v zabudnutí. “Sme približne v polovici s pokra?ovaniami v SETI@Home,” poznamenáva Anderson. “Doteraz používame ako zdroj dát teleskop Arecibo a pripravujeme sa na za?iatok záznamu údajov v Austrálii na inom teleskope, ktorá môže rotova? a obsiahnu? inú ?as? oblohy. Arecibo je najvä?ší rádioteleskop na svete a bol mnoho krát obnovovaný, ale má nieko?ko zásadných obmedzení. Parabola sa nehýbe a jediným efektívnym spôsobom využitia je pohyb antény nad parabolou, ale stále ste limitovaní rozsahom cca. 35 stup?ov okolo 17 severnej rovnobežky… môžete sledova? len ur?itý pruh severnej oblohy a tento pruh obsahuje len ur?itú ?as? Mlie?nej dráhy a neobsahuje jej centrum.

A je tu aj celá druhá fáza h?adania, ktorá nastane, ke? vytvoríme ve?kú databázu potenciálnych “kandidátskych” signálov, ktoré sme obdržali od našich užívate?ov. Už teraz máme databázu asi miliardy takýchto signálov. ?aká nás fáza, v ktorej budeme musie? použi? ?alšie algoritmy, aby sme vylú?ili pozemskú interferenciu a skuto?ným lakmusovým papierikom bude, ?i je nádejný signál trvalo konštantný. Táto fáza nie je tak náro?ná na CPU-?as ako skôr na databázové rezervy. V základe musíme prezrie? naše databázy, ?i sa v nich nachádza signál, ktorý prichádza z toho istého miesta a na tej istej frekvencii.

Integrálne po?íta?e

”Je ve?a projektov, ktorými by sme mohli zaobera?, napr. vä?ší rozsah rádiového spektra, alebo projekt optické SETI, ktorý by mohol preskúma? naraz viac hviezd, nie len jednu . To sú veci, ktoré môžeme urobi? hne? teraz. Ale sú s tým spojené problémy a to najmä problémy financovania náro?nej po?íta?ovej a digitálnej elektroniky. Pre SETI máme ale málo pe?azí, takže musíte stavi? na tom, ?o ste schopní financova?,” hovorí Seth Shostak, Ph.D., astronóm a vedec pre verejné programy Inštitútu SETI (www.seti.org), súkromnej neziskovej organizácie, ktorá je zameraná na vedecký výskum a verejnú informovanos?. “Ale spolu s tým, ako postupuje PC-technológia máte výhody z Moorovho zákona, ktorý hovorí, že každých 18 mesiacov sa zdvojnásobuje sila PC, ktorú môžete kúpi? – takže tak dlho ako platí tento zákon, rozvinutejšia technológia sa stáva v krátkom ?ase nieko?kých rokov dostupnejšia. A dúfajme, že kým vybudujeme nové antény, budeme môc? z týchto výhod v budúcnosti ?aži?.”

Inštitút SETI je svetovou jednotkou v h?adaní ETI a ich “Project Phoenix”, cielené h?adanie rádiových signálov na observatóriu Arecibo, patrí medzi najúplnejšie a najvy?erpávajúcejšie h?adania SETI vôbec. Inštitút prevádzkuje tiež program optického SETI (OSETI) v spolupráci s Kalifornskou univerzitou v Santa Cruz a observatóriom Lick.

Po?íta?e a sofistikované softwarové programy pomáhajú výskumníkom nielen h?ada? signály mimozemských civilizácií, ale aj “uprata?” a lepšie analyzova? milióny vesmírnych signálov.

”Musíte analyzova? údaje, ktoré ste získali. Nemôžete ich len “po?úva?” v surovom stave, musíte ich odšumi? a rozdeli? ich na milióny kanálov a to je hlavný problém digitálneho spracovania signálu. A v prípade skupín teleskopov musíte tieto body na oblohe zjednoti? a to je opä? problém digitálneho spracovania. Všetky aspekty snaženia SETI sú preto závislé na “dolnom konci”, od digitálnej elektroniky pripojenej k anténam.”

Digitálne spracovanie signálu je tiež potrebné na odstránenie interferencií vytvorených pozemským televíznym a rozhlasovým vysielaním, mobilnými telefónmi, lietadlami a komunika?nými družicami. Naš?astie vedci v SETI vyvinuli dômyselné metódy pre prienik cez tieto pozemské zdroje interferencií.

Novšie a silnejšie teleskopy a interferometre (teleskopové polia), ako napr. Allen Telescope Array v severnej Kalifornii, ktorý má za?a? ?innos? v roku 2005, s?ubujú ve?ké zlepšenia pre výskum SETI. Tieto najmodernejšie prístroje, spojené so zodpovedajúcou po?íta?ovou technológiou dovolia vedcom realizova? rôzne dlhodobé pozorovania oblohy a rádiové experimenty simultánne. Dnes radio SETI nemá tak ve?ké ambície, h?adá len nestále mimozemské nosné signály.

”Všetky SETI – experimenty teraz spriemerúvajú rádiový signál, ktorý sa prijíma, takže akáko?vek modulácia alebo správa sú spriemerovaním vymazané. V dôsledku toho sa nemusíte stara? o akéko?vek dekódovanie v stupni, v akom sa SETI nachádza teraz – h?adáte to, ?o sa bežne nazýva nosný signál,” hovorí Shostak. “Len v prípade OSETI dostanete jednotlivé bity, takže ich môžete zaznamena? a pokúsi? sa ich neskôr rozlúšti?.” Napriek tomu, v momente, ke? sa podarí zachyti? mimozemský signál, rádiový, alebo optický, výskum sa posunie smerom k rozlúšteniu samotného vysielania.

Šance nájs? v Galaxii civilizáciu na našom stupni vývoja sú ve?mi malé. “Naše vysielanie vysokovýkonného televízneho signálu (aj do vesmíru) sa skon?í niekedy v najbližších dvoch dekádach prechodom na optické káble, a ETI už touto fázou možno prešli,” hovorí Shostak. “Otázkou teda je: je tu vôbec nejaký vysokovýkonný signál s ur?itým úzkym rozsahom pásiem, ktorý h?adáme, prichádzajúci od civilizácií, ktoré sú rozvinutejšie ako sme my?” Napriek tomu môže aj rozvinutejšia civilizácia používa? ur?ité druhy rozptýleného rádiového signálu pre navigáciu alebo nie?o podobné, aj ke? 99,9,% vysielania je presne cielené.

Žiadne vládne tajnosti v SETI

Aj ke? podozrenia z utajovania existencie mimozemského života zamestnáva už desa?ro?ia autorov science-fiction a Hollywood, v skuto?nosti nie je vláda USA nijakým spôsobom zapojená do výskumu SETI v Spojených štátoch. V skuto?nosti bolo v roku 1992 zastavené financovanie h?adania ETI, americká vláda sa absolútne nezaujíma o tento výskum. Ako pozitívny dôsledok je, že pokia? by sa objavil mimozemský signál, nebude možné žiadne zasahovanie vlády so snahou utaji? tento objav. To neznamená, že neexistuje interný monitoring v rámci komunity SETI.

”Vedci v komunite SETI po celom svete majú sami najvä?ší záujem nevyvoláva? falošné poplachy – nechcú uvrhnú? svet do paniky a potom musie? každému poveda?, že sa ni? nedeje. Existuje schválený postup, pod?a ktorého v prípade, že niekto zachytil signál, nebude to zverej?ova? ani oznamova? vláde, ale poskytne všetky údaje potrebné pre overenie ostatným výskumníkom SETI, ktorí môžu použi? svoje vlastné po?íta?e a teleskopy. A len ak je zhoda viacerých vedcov a výskumných tímov, že signál je pravý, potom budú informované médiá a vlády.”

”Sú dve možnosti: Bu? sme vo vesmíre sami alebo nie sme. Obidve rovnako nahá?ajú strach.“ – Arthur C. Clarke

Bolo by to samozrejme úžasné, keby bolo h?adanie rozvinutej mimozemskej civilizácie krátkodobým podnikom, odmeneným rýchlym úspechom. Ale výskum SETI treba považova? za dlhodobú, viacgenera?nú oblas? výskumu.

Možno že ticho, ktoré sme zatia? našli v rádiovom vysielaní znamená, že cesta k civilizácii Typu I je mimoriadne nebezpe?ná a ?ažká a možno ve?a civilizácií na tejto ceste zneužilo vedomosti o sile atómu a zni?ili sa sami. Alebo, ?o je optimistickejšie, mimozemské civilizácie sa už dávno presunuli mimo pozemského, relatívne primitívneho stup?a technológie a priemerných znalostí fyziky a rádio je pre nich už mnoho storo?í anachronizmom.

Naopak, je možné, že iné civilizácie v našej galaxii sú mierne pozadu vo vývoji a preto ich po ?ase budeme po?u? cez nekone?né dia?avy vesmíru.

?lovek vysiela rádiové signály nie?o vyše jedného storo?ia a naše vysokoenergetické vysielanie trvá približne 50 rokov – okamih v kozmickom ?ase – a naše signály sa pod?a astronomických merítok nedostali naozaj ?aleko. Aj keby náš signál zachytil nejaký civilizovaný druh niekde vo vzdialenosti 50 až 60 svetelných rokov, musíme si na „odpove? „ po?ka? rovnakých 50 až 60 rokov. Preto musia by? trpezlivos? a vytrvalos? hlavnými ?rtami výskumu SETI, pretože nevieme kedy zachytíme ten dlho h?adaný a unikajúci signál z hviezd.

Kamil Z. Skawinsky
autor je spisovate?om na vo?nej nohe. Zaoberá sa technologickými témami.
Žije v Milwaukee, USA

Pôvodný článok vyšiel na serveri California Computer News pod pôvodným názvom IT & SETI. Týmto by sme sa chceli ešte raz poďakovať za vydanie prekladu článku aj v slovenskom jazyku pánovi Kamilovi Z. Skawinskému.

Vytvoril: Hermann [19. júl 2002] / Upravené: [19. júl 2002] / Počet zobrazení: [10370]